Forstå felles basekonfigurasjon i BJT

I denne delen skal vi analysere BJT common-base-konfigurasjon, og lære om kjørepunktets egenskaper, omvendt metningsstrøm, base til emitter-spenning og evaluere parametrene gjennom et praktisk løst eksempel. I de senere delene vil vi også analysere hvordan du konfigurerer en vanlig forsterkerkrets

Introduksjon

Symbolene og merknadene som brukes til å representere transistor felles basekonfigurasjon i det meste av
bøkene og guidene som er trykt i disse dager kan være vitne til nedenfor vist Fig. 3.6 Dette kan være sant for både pnp- og npn-transistorer.

Figur 3.6

3.4 Hva er Common-Base Configuration

Begrepet 'fellesbase' stammer fra det faktum at her er basen felles for både inngangs- og utgangstrinnene til arrangementet.

Videre blir basen vanligvis terminalen nærmest, eller ved, jordpotensial.

Gjennom samtalen her vil alle nåværende (Ampere) retninger bli tatt med hensyn til konvensjonell (hull) strømningsretning og ikke elektronstrømningsretning.

Dette valget er først og fremst avgjort med bekymring for at den store mengden dokument som tilbys akademiske og kommersielle organisasjoner implementerer konvensjonell flyt, og pilene i alle elektroniske representasjoner har en vei som er identifisert med denne spesifikke konvensjonen.

For enhver bipolar transistor:

Pilmerket i det grafiske symbolet beskriver strømningsretningen til emitterstrømmen (konvensjonell strømning) over transistoren.

Hver av gjeldende (Amp) retninger som vises i figur 3.6 er de ekte retningene som er preget av valget av konvensjonell strømning. Observer i hvert tilfelle at IE = IC + IB.

Legg også merke til at den implementerte forspenningen (spenningskilder) er spesifikt for å fastslå strømmen i retningen som er spesifisert for hver av kanalene. Betydning, sammenlign retningen til IE med polariteten eller VEE for hver konfigurasjon, og sammenlign også retningen til IC med polariteten til VCC.

For å få en omfattende beskrivelse av handlingene til en tre-terminal enhet, for eksempel vanlige forsterkere i figur 3.6 krever 2 sett med egenskaper - ett for kjørepunkt eller innsatsfaktorer og den andre for produksjon seksjon.

Inngangssettet for den vanlige forsterkeren som vist i figur 3.7 bruker en inngangsstrøm (IE) til en inngang
spenning (VBE) for en rekke forskjellige utgangsspenninger (VCB).

De utgangssett bruker en utgangsstrøm (IC) for en utgangsspenning (VCB) for en rekke områder av inngangsstrøm (IE) som vist i figur 3.8. Utgangen, eller gruppen av samleregenskaper, har tre grunnleggende elementer av interesse, som påpekt i figur 3.8: de aktive områdene, avskjæring og metning . Den aktive regionen vil være regionen som vanligvis er nyttig for lineære (uforvrengte) forsterkere. Nærmere bestemt:

Innenfor det aktive området vil samlebase-krysset være omvendt-forspent, mens base-emitter-krysset er forspent.

Den aktive regionen er preget av forspenningskonfigurasjonene som angitt i figur 3.6. I den nedre enden av det aktive området vil emitterstrømmen (IE) være null, kollektorstrømmen er i denne situasjonen bare som et resultat av omvendt metningsstrøm ICO, som illustrert i figur 3.8.

Den nåværende ICO er så ubetydelig (mikroampere) i dimensjon i forhold til den vertikale skalaen til IC (milliamperes) at den presenterer seg praktisk talt på samme horisontale linje som IC = 0.

Kretshensynene som er til stede når IE = 0 for fellesbaseoppsettet kan sees i figur 3.9. Merknaden som oftest brukes for ICO på datablad og spesifikasjonsark er som påpekt i figur 3.9, ICBO. På grunn av overlegne designmetoder er graden av ICBO for generelle transistorer (spesielt silisium) innenfor lav- og midtkraftsområdet normalt så minimal at dens innflytelse kan overses.

Når det er sagt, for større kraftenheter kan ICBO fortsette å vises i mikroampereområdet. Videre, husk at ICBO, akkurat som Er i tilfelle dioder (begge er omvendte lekkasjestrømmer) kan være sårbare for temperaturendringer.

Ved økte temperaturer kan virkningen av ICBO føre til at det er et avgjørende aspekt fordi det kan øke betydelig raskt som svar på temperaturforhøyelser.

Vær oppmerksom på figur 3.8 når emitterstrømmen stiger over null, samlerstrømmen går opp til et nivå som hovedsakelig tilsvarer emitterstrømmen som etablert av de grunnleggende transistor-strømforholdene.

Legg også merke til at det er ganske ineffektiv innflytelse av VCB på samlerstrømmen for den aktive regionen. De buede formene avslører tydeligvis at en innledende estimering av forholdet mellom IE og IC i den aktive regionen kan presenteres som:

Som utledet fra selve tittelen, forstås avskjæringsområdet som det stedet der samlerstrømmen er 0 A, som beskrevet i figur 3.8. Dessuten:

I avskjæringsområdet har kollektorbase- og base-emitter-kryssene til en transistor en tendens til å være i omvendt forspent modus.

Metningsområdet er identifisert som den delen av karakteristikkene over venstre side av VCB = 0 V. Den horisontale skalaen i dette området er forstørret for å tydelig avsløre de bemerkelsesverdige forbedringene som er gjort på attributter i denne regionen. Observer den eksponensielle økningen i kollektorstrøm som svar på økningen i spenningen VCB mot 0 V.

Samlerbase- og base-emitter-kryssene kan sees å være fremoverskjevhet i metningsområdet.

Inngangskarakteristikkene i figur 3.7 viser deg at for en hvilken som helst forhåndsbestemt størrelse på kollektorspenning (VCB) øker emitterstrømmen på en slik måte som kan likne diodekarakteristikken.

Faktisk har effekten av en stigende VCB en tendens til å være så minimal på karakteristikkene at forskjellen forårsaket av variasjoner i VCB kan ignoreres for enhver foreløpig evaluering, og egenskapene kan faktisk bli representert som vist i figur 3.10a nedenfor.

Hvis vi derfor bruker den stykkevis lineære teknikken, vil dette produsere egenskapene som avslørt i figur 3.10b.

Å ta dette ene nivået opp, og se bort fra kurvens helling og følgelig motstanden som genereres på grunn av et forutbestemt kryss, vil føre til egenskapene som vist i figur 3.10c.

For alle fremtidige undersøkelser som vil bli diskutert på dette nettstedet, vil den tilsvarende utformingen i figur 3.10c utøves for alle likestrømsevalueringer av transistorkretser. Betydning, når en BJT er i 'ledende' status, vil basis-til-emitter-spenningen betraktes som uttrykt i følgende ligning: VBE = 0,7 V (3,4).

For å si det annerledes, vil innflytelsen av endringene i verdien på VCB sammen med inngangskarakteristikkens helling ha en tendens til å bli oversett da vi prøver å evaluere BJT-konfigurasjoner på en slik måte som kan hjelpe oss med å oppnå en optimal tilnærming mot faktisk respons, uten at for mye involverer oss i en parameter som kan ha mindre betydning.

Figur 3.10

Vi bør alle virkelig verdsette påstanden uttrykt i de ovennevnte egenskapene til figur 3.10c. De definerer at med transistoren i 'på' eller aktiv tilstand vil spenningen som beveger seg fra base til emitter være 0,7 V for en hvilken som helst mengde emitterstrøm som regulert av det tilknyttede eksterne kretsnettet.

For å være mer presis, for enhver innledende eksperimentering med en BJT-krets i likestrømskonfigurasjonen, kan brukeren nå raskt definere at spenningen gjennom basen til senderen er 0,7 V mens enheten er i det aktive området - dette kan betraktes som en ekstremt avgjørende bunnlinje for all vår DC-analyse som vil bli diskutert i våre kommende artikler ..

Løse et praktisk eksempel (3.1)

I avsnittene ovenfor lærte vi hva som er vanlig-basekonfigurasjon om forholdet mellom grunnstrøm I C og emitterstrøm I ER av en BJT i ​​avsnitt 3.4. Med referanse til denne artikkelen kan vi nå designe en konfigurasjon som tillater BJT å forsterke strømmen, som vist i figur 3.12 nedenfor vanlig baseforsterkerkrets.

Men før vi undersøker dette, ville det være viktig for oss å lære hva som er alfa (α).

Alpha (a)

I en vanlig base BJT-konfigurasjon i DC-modus, på grunn av effekten av majoritetsbærerne, er den nåværende I C og jeg ER danne et forhold uttrykt med mengden alfa, og presentert som:

en likestrøm = Jeg C / JEG ER -------------------- (3.5)

hvor jeg C og jeg ER er gjeldende nivåer på driftspunkt . Selv om karakteristikken ovenfor identifiserer at α = 1, i virkelige enheter og eksperimenter kan denne størrelsen ligge hvor som helst rundt 0,9 til 0,99, og i de fleste tilfeller vil dette nærme seg den maksimale verdien av området.

På grunn av det faktum at alfa her er spesifikt definert for de fleste transportører, er Likning 3.2 som vi hadde lært i forrige kapitler kan nå skrives som:

Med henvisning til karakteristikk i graf Fig 3.8 , når jeg ER = 0 mA, jeg C verdi blir følgelig = jeg CBO.

Fra våre tidligere diskusjoner vet vi imidlertid at nivået på jeg CBO er ofte minimal, og derfor blir det nesten ikke identifiserbart i grafen til 3.8.

Betydning, når jeg ER = 0 mA i ovennevnte graf, I C blir også til 0 mA for V CB verdiområde.

Når vi ser på et vekselstrømssignal, der operasjonspunktet beveger seg over den karakteristiske kurven, kan en alfa ac skrives som:

Det er noen formelle navn gitt til ac alpha som er: fellesbase, forsterkningsfaktor, kortslutning. Årsakene til disse navnene vil bli tydeligere i de kommende kapitlene mens man vurderer tilsvarende kretser av BJT.

På dette punktet kan vi finne at Eq 3.7 ovenfor bekrefter at en relativt beskjeden variasjon i kollektorstrømmen blir delt av den resulterende endringen i I ER , mens samleren til basen er i konstant størrelse.

I flertallsforhold, mengden av en og og en likestrøm er nesten like og tillater utveksling av størrelser mellom hverandre.

Fellesforsterker

DC-forspenningen er ikke vist i figuren ovenfor, siden vår egentlige hensikt er å bare analysere vekselstrømresponsen.

Som vi lærte i våre tidligere innlegg angående felles basekonfigurasjon , ser inngangs AC-motstanden som vist i figur 3.7 ganske minimal ut og varierer typisk innenfor et område på 10 og 100 ohm. Mens vi i samme kapittel også så i figur 3.8, ser utgangsmotstanden i et felles basenettverk betydelig høyt, noe som typisk kan variere i området 50 k til 1 M ohm.

Disse forskjellene i motstandsverdier er i utgangspunktet på grunn av at det forspente krysset vises på inngangssiden (mellom basen og emitteren), og det omvendte partiske krysset som vises på utgangssiden mellom basen og samleren.

Ved å bruke en typisk verdi på si 20 ohm (som gitt i figuren ovenfor) for inngangsmotstanden, og 200 mV for inngangsspenningen, kan vi evaluere forsterkningsnivå eller rekkevidde på utgangssiden gjennom følgende løste eksempel:

Dermed kan spenningsforsterkningen ved utgangen bli funnet ved å løse følgende ligning:

Dette er en typisk spenningsforsterkningsverdi for en hvilken som helst vanlig BJT-krets som muligens kan variere mellom 50 og 300. For et slikt nettverk er den nåværende forsterkningen IC / IE alltid mindre enn 1, siden IC = alphaIE, og alfa er alltid mindre enn 1.

I foreløpige eksperimenter ble den grunnleggende forsterkende handlingen introdusert gjennom en overføre av gjeldende Jeg over en lav til en høy motstand krets.

Forholdet mellom de to kursive setningene i setningen ovenfor resulterte faktisk i begrepet transistor:

trans gjør + re sistor = transistor.

I neste opplæring vil vi diskutere Common-Emitter Amplifier

Referanse: https://en.wikipedia.org/wiki/Common_base